5G算法创新大赛---促技术创新、育创新人才

工信部电信研究院通信标准研究所所长 王志勤

自2015年5月启动第一届5G算法创新大赛，到9月大赛完成初赛阶段进入到复赛。呈现出参赛团队远超预期，涌现了大量高水平参赛作品。这次大赛是5G技术处于初期研发阶段，发挥高校创新源头作用，聚焦在一些5G共识技术，力争突破5G技术算法。为此就全球5G的发展及创新链打造等问题的发表一些看法。

1、全球5G研发进展

国际电信联盟（ITU）在2015年6月已完成5G愿景、未来技术趋势、频谱需求等研究。产业界对5G需求高度共识，认为5G将提升移动互联网用户体验，并重点解决千亿级机器无线通信的物联网需求，极大地促进车联网、工业互联网等融合领域的发展，为业务应用创新提供平台。

明确IMT-2020愿景及应用场景。在业务方面，5G将在大幅提升“以人为中心”的移动互联网业务体验的同时，全面支持“以物为中心”的物联网业务，实现人与人、人与物和物与物的智能互联。在应用场景方面，5G将支持增强移动宽带、海量机器类通信和超高可靠低时延通信三大类应用场景，在5G系统设计时需要充分考虑不同场景和业务的差异化需求。

提出IMT-2020系统的8大关键能力指标。5G用户体验速率可达100Mbps至1Gbps，能够支持移动虚拟现实等极致业务体验；5G峰值速率可达10至20Gbps，流量密度可达10Mbps/平方米，能够支持未来千倍以上移动业务流量增长；5G连接数密度可达100万个/平方公里，能够有效支持海量的物联网设备；5G传输时延可达毫秒量级，可满足车联网和工业控制的严苛要求；5G能够支持500公里/小时的移动速度，能够在高铁环境下实现良好的用户体验。此外，为了保证对频谱和能源的有效利用，5G的频谱效率将比4G提高3～5倍，能效将比4G提升100倍。

3GPP 5G标准研究即将启动。国际移动通信标准化组织3GPP（第三代合作伙伴）2015年9月召开了5G研讨会，计划2016年启动5G标准研究，2018年下半年完成第一阶段的5G标准（满足市场急需的需求），2019年内完成完整的5G标准（第二阶段）。5G无线技术中包括无线新空口，以满足移动互联网、物联网多种场景的需求。5G第一阶段标准的目标只集中在部分的场景和需求，基于此，5G第一阶段的空口标准化必须前向兼容，以确保在第二阶段5G标准化空口对于全部5G场景和需求达到最优。

2、5G关键技术研究

回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统均可以用标志性能力指标和核心关键技术来定义，其中，1G采用频分多址（FDMA），只能提供模拟语音业务；2G主要采用时分多址（TDMA），可提供数字语音和低速数据业务；3G以码分多址（CDMA）为技术特征，用户峰值速率达到2Mbps至数十Mbps，可以支持多媒体数据业务；4G以正交频分复用（OFDM）技术为核心，用户峰值速率可达100Mbps至1Gbps，支持移动宽带数据业务。

5G技术创新呈现多元化。面对多样化场景的极端差异化性能需求，当前无线技术创新也呈现多元化发展趋势，除多种新型多址技术之外，大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型网络架构等也被认为是5G重要技术方向，此外，基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）、滤波器组多载波（FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通（D2D）、信道编码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的无线关键技术。

5G算法大赛针对主流5G关键技术。本次5G算法大赛正是针对其中的SCMA多址技术、polar编码、滤波器组多载波（F-OFDM）等重要5G关键技术来开展算法设计。这些5G技术逐步被全球产业界所共识，其中SCMA多址技术、polar码更加适合解决多样化的物联网场景。F-OFDM是构建统一无线新空口满足多种场景的使能技术。5G应尽可能基于统一的技术框架进行设计。针对不同场景的技术需求，通过关键技术和参数的灵活配置形成相应的优化技术方案。

3、5G算法大赛打造创新链

我国在无线移动通信（3G/4G）TD创新探索实现了“两链一体系”,即构建包括技术、标准、研发、试验和应用的创新链，打造包括系统、芯片、终端、元器件、仪表等完整产业链，实现了“企业为主体、产学研用相结合”的创新体系。为积极开展前沿性技术研究，充分发挥高校作为创新源头的作用。

5G算法大赛是打造创新链的很好典范。高校擅长于新技术的算法研究工作，本次算法大赛要求在以往高校学生进行算法仿真的基础上，增加了算法与FPGA的结合，充分验证算法的可实现性及全面性能。一是增强学生创新能力，这次大赛使得象牙塔中的高校学生能够与技术产业研发工作相衔接，其研究方法及工程实践能力进一步提升。在未来算法设计等工作中，能够充分考虑到后续产品实现的问题。二是体现5G新技术产业引导，本次算法大赛在5G研发初始阶段，并得到了全球产业界多个著名厂家的赞助，在研究方向上得到了产业界的牵引，使得高校的研究聚焦于产业重点发展方向，预期会有很好的产出。本次5G算法大赛将为全球5G技术发展起到积极推动作用，高校优秀人才的脱颖而出将是其最大的成果。我们期待着！

作者介绍：
王志勤女士现任工业和信息化部通信标准所所长、中国通信标准化协会无线技术委员会主席、中国通信协会无线与移动技术委员会副主任。她在GSM、WCDMA、LTE等技术、国际和国内标准方面有十分深入的研究，是我国第三代移动通信专家组、IMT-Advanced推进组的专家，IMT-2020（5G）推进组副组长兼秘书长，我国“新一代宽带无线移动通信网”重大专项专家组成员。
作为第一届5G算法创新大赛评审组组长，王志勤女士十分推崇创新态度，鼓励年轻的学子们多多创新，不断开拓，希望看到同学们优异的设计成果。